《基於田口法的注塑成型充填階段工藝參數的優化》.doc

基於田口法的注塑成型充填階段工藝參數的優化 文/黃伽 審稿/王小鋒 （IE學院） 摘要: 結合CAE技術,針對注塑成型的充填階段,應用田口法,採用L9直交表進行實驗,研究了注射成型階段所選參數對成型質量指數的影響,優化工藝參數從而提高製品質量. 關鍵詞:注塑成型,MOLDFLOW,MINITAB,田口法,工藝優化 注塑成型充模流動是一個相當複雜的物理過程.非牛頓的高溫塑料熔体在壓力的驅動下通過流道,澆口向較低溫度的型腔填充,熔体一方面由於模具的傳熱而快速冷卻,另一方面因高速剪切而產生熱量,同時伴隨有固體熔化,體積收縮及可能的結晶過程.對於注塑製品來說熔體的流動將直接影響製品的質量.注塑成型的非線性,多變量特性使得成型過程中工藝的設置及生產中保持理想工藝非常困難.如何獲取並保持優化工藝是獲得高質量產品的關鍵.研究工藝參數對製品質量的影響關係,確定工藝變量對製品質量指標的影響度是選取控制變量,抽取工藝特性數據及製品質量特性數據,基於工藝參數與製品質量之間的關係模型的前提. 隨著CAE技術的不斷發展和成熟,它已被廣泛的應用到工業生產的各個領域,在提高產品質量,降低成本方面起著顯著作用.MOLDFLOW就是一款應用於模流分析的優秀CAE軟件.我們利用它可以應用在注塑成型,用數值模擬代替真實實驗,模擬給定的工藝水平下熔体在模具內的流動,傳熱過程,再現制品內的缺陷,可以輔助工程師修改模具,調整工藝,最終達到提高製品質量的目的.本實驗結合CAE和田口技術研究了充填階段工藝參數對製品質量的影響. 實驗設計 1.1田口實驗方法 田口實驗設計方法利用正交矩陣對多個實驗因素的優化方法,通過數量較少的實驗可以找到在所有因素內及對應水平條件下的最優水平組合和實驗因素對實驗指標的影響度.在田口實驗設計中,採用信噪比(Signal-to-Noise Ratio,信號噪聲比或SN比)作為實驗穩定性的評價指標,SN比是實驗設計中變量分析和容差分析的基礎.信噪比由質量損失函數推導而得,其形式依賴於目標函數得類型.根據實驗設計的優化目標,可以把信噪比的計算分為3類: 1).”Large-The-Best”(目標越大越好) 2).”Normal-The-Best”(目標值越接近某個值越好) 3). ”Small-The-Best”(目標越小越好) 注:我們通常選擇的變量Y有以下3種類型 目標 輸出變量 調整方案 目標值就是最優值 （望目值） 部品尺寸，電源電壓，焊接溫度等 分布調整及均值向目標值調整 最小值就是最優值 （望小值） 周期時間，不良率，成本等 調整均值及分布使其最小 最大值就是最優值 （望大值） 利潤，產量，強度等 調整均值及分布使其均值最大，分布最小 將針對實驗目標選擇的特點選擇不同的質量損失函數:在moldflow中,我們選取成型質量指數作為實驗目標(0成型質量指數＜＝１),顯然我們希望它越大越好，所以我們選擇公式1. 1.2實驗因素的選擇 在注射填充階段,注射時間,熔体溫度,模具溫度是影響製品質量的重要因素.注射時間直接影響到注射壓力,注射時間短,熔体需要以較高的體積流率進入型腔,所需的注射壓力就大.而當注射時間過長時,熔体在流動過程中溫度降低,粘度増大,流動阻力變大,就需要較高的注射壓力.而制品璧厚是制品設計環節的一個關鍵,璧厚與壓力成反比關係.因此,選擇注射時間,熔体溫度,模具溫度以及製品厚度4個實驗因子.在moldfolw中，它利用moldflow的成型窗口模塊,將以下３個參數整合在一起，用成型質量指標來反映。通過它，我們就可以模擬出實驗結果 1.3實驗目標的選擇 在充填階段,選取料流前鋒溫度,加權平均剪切應力和模內平均壓力作為實驗目標. 料流前鋒溫度決定著型腔的填充情況, 料流前鋒溫度過低將導致短射(短射將導致製品局部嚴重縮水); 加權平均剪切應力和模內平均壓力決定著制品成型後的殘餘應力,而殘餘應力是制品翹曲的重要原因之一. 實驗選取一塑料蓋板,產品模型如圖1所示.材料為GE公司生產的PC/ABS,其熔体流動指數為10g/10min,晶體化轉變溫度為144℃.具体的實驗因素和實驗因素見表1 图1 制品图 表1 實驗因子和實驗因子水平 因子水平 代碼 low centre high 模具溫度/℃ A 30 40 50 熔體溫度/℃ B 220 230 240 注射時間/s C 0.54